多时空尺度的土壤质量评价最小数据集的建立

[目的]探讨土壤质量评价最小数据集的建立方法,并且基于建立的方法构建不同时空尺度的土壤质量评价最小数据集。[方法]基于环境相关法,采用皮尔森相关分析、主成分分析和计算矢量常模值、土壤母质类型、土壤类型和土地利用与土壤质量的关系等建立土壤质量评价最小数据集。[结果]就空间尺度而言,衡量县域和乡镇尺度土壤质量好坏的最小数据集明显不同,2008年县域尺度下最小数据集包括土壤容重、砂粒、土壤有机质、黏粒、pH、土壤有效锌、土壤有效锰7个指标,而进入2008年乡镇尺度下的最小数据集则为粉粒、有效钾、有效锰、全氮、土壤容重、黏粒、pH、土壤有效铁8个因素;就时间尺度而言,不同时期的最小数据集不同。[结论]土壤质量评价必须和时空尺度挂钩才有意义。基于该研究建立的方法得到的土壤质量评价最小数据集参数能够最大限度地包含所有未入选参数所表达的土壤质量信息。不同时空尺度下建立土壤质量最小数据集冗余程度最低。     

小鼠囊胚在孵化期间关键基因表达动态变化

为探索囊胚孵化发育中关键基因的表达规律、进一步解析妊娠识别机制,以小鼠囊胚为模型,对孵化进程中不同时期的囊胚进行转录组分析,并对关键基因表达量进行qPCR检测,对关键蛋白表达模式进行免疫荧光染色。转录组分析发现小鼠囊胚从扩张、孵化到完成孵化的孵化过程,差异基因表达呈2种调控模式,对调控模式中的基因集进行GO分析、KEGG分析,发现涉及免疫与炎症、细胞分化、凋亡过程等生物过程。qPCR结果显示Ptgs1、Lyz2、Il-1α、Cfb、Ccl9表达上调,Cd36表达下调,结果与转录组分析一致。免疫荧光染色分析发现Plac1、Cdx2、C3在小鼠囊胚孵化过程中表达下调,Lyz2、Il-1β则表达上调。以上研究结果表明小鼠囊胚在孵化进程中,基因表达呈特定的分化动态,异常基因表达将导致孵化停滞。     

猪基因表达调控数据库(GereDB)的构建

[目的]构建猪基因表达调控数据库(GereDB),为从基因水平解释猪的生长发育规律、遗传育种和疾病防控等提供科学依据.[方法]从NCBI下载小鼠和猪的RNA序列原始数据进行序列比对,根据序列同源性将小鼠的基因表达调控信息转移给猪,并建立猪基因表达调控信息网络,整理加工后根据区域结构,以Linux为操作系统、Apache为Web服务器、MySQL为数据库、Python为服务器端脚本解释器构建猪GereDB数据库.[结果]从NCBI下载的Fast数据共包含291182条猪核苷酸序列,通过序列比对和手工整理,注释筛选出67000多条猪核苷酸序列;将小鼠的基因表达调控信息转移给猪,获得的猪基因表达调控关系链接有67027条,构建了猪GereDB数据库(http://www.thua45.cn/ge-redb-wp/),并开发GEREA生物信息学分析工具以发现猪基因表达调控因子.在猪GereDB数据库中有116个调控因子可调控100多个基因,说明其在猪转录组调控中发挥重要作用.GEREA生物信息学分析工具在已发表的猪乳腺组织数据集上进行测试,结果显示,与母猪分娩前14 d相比,分娩后1 d母猪乳腺中26个调控因子的靶基因显著差异表达(FDR<0.05),其中FGF2调控因子在母猪泌乳方面发挥重要作用.[结论]猪GereDB数据库能提供猪基因表达和调控间关系的信息,且能使用GEREA生物信息学分析工具发掘猪基因表达调控数据,有助于揭示调控因子对高通量测序差异表达基因的调控机制,为从基因水平探究猪的生长发育及疾病防控提供数据信息.     

应用随机回归模型估计蛋鸡体重遗传参数

【目的】通过分析勒让德多项式阶数对最大似然值、残差的影响,优化随机回归模型,评估蛋鸡资源群体体重遗传潜能和选择时机,为蛋鸡资源群体育种方案提供参数。【方法】收集东乡绿壳蛋鸡与白莱航鸡F2资源群体体重数据26 532条。系谱数据包含5 871只鸡,其中4 174只鸡有5条记录,802只鸡有4条记录,128只鸡没有记录。数据清洗包括去除离群值数据、去除翅号重复个体、去除性别不明个体、去除少于4条记录个体。经整理,剩余25 483条体重数据,其中绿壳蛋鸡2 223条,白莱航鸡696条,F1代6 002条,F2代16 562条。应用SPSS软件中一般线性模型分析非加性遗传因素对体重的影响,确定将批次、性别列入动物模型固定效应。应用随机回归模型分析蛋鸡早期体重方差组分、遗传参数、随机回归系数矩阵特征向量。随机回归动物模型中包括一般固定效应、固定回归项及随机回归项三类效应。研究中,以批次-性别作为固定效应,以周龄体重作为固定回归项,将加性遗传效应和永久环境效应作为随机回归项。经AIC、BIC筛选,随机回归模型中加性遗传效应宜嵌入5阶勒让德多项式、永久环境效应宜嵌入5阶勒让德多项式、固定回归项宜嵌入2阶勒让德多项式。残差做异质化处理,分为5个水平,即每次观测设定一个残差初始值,观测间隔期残差以线性回归计算。【结果】蛋鸡资源群体1—9周龄体重遗传力为0.46—0.63,重复力为0.88—0.92,遗传相关系数为0.32—0.99,永久环境相关系数为0.34—0.99。遗传相关系数随着周龄间隔增大而减小,相邻周龄遗传相关系数较高。遗传方差、永久环境方差以及残差随年龄增加而增加。加性遗传效应随机回归系数矩阵前三个特征值依次为1 976.91、161.95、42.22,前三个特征值合计解释99%遗传变异。【结论】随机回归模型可用于蛋鸡早期体重遗传评估及选育。对加性遗传系数矩阵第二特征方程系数进行选择可以改变个体生长曲线,选择时机宜在3—6周龄。蛋鸡资源群体早期体重遗传力略高于其它群体同类研究结果。     

应用随机回归模型估计蛋鸡体重遗传参数

【目的】通过分析勒让德多项式阶数对最大似然值、残差的影响,优化随机回归模型,评估蛋鸡资源群体体重遗传潜能和选择时机,为蛋鸡资源群体育种方案提供参数。【方法】收集东乡绿壳蛋鸡与白莱航鸡F₂资源群体体重数据26 532条。系谱数据包含5 871只鸡,其中4 174只鸡有5条记录,802只鸡有4条记录,128只鸡没有记录。数据清洗包括去除离群值数据、去除翅号重复个体、去除性别不明个体、去除少于4条记录个体。经整理,剩余25 483条体重数据,其中绿壳蛋鸡2 223条,白莱航鸡696条,F₁代6 002条,F₂代16 562条。应用SPSS软件中一般线性模型分析非加性遗传因素对体重的影响,确定将批次、性别列入动物模型固定效应。应用随机回归模型分析蛋鸡早期体重方差组分、遗传参数、随机回归系数矩阵特征向量。随机回归动物模型中包括一般固定效应、固定回归项及随机回归项三类效应。研究中,以批次-性别作为固定效应,以周龄体重作为固定回归项,将加性遗传效应和永久环境效应作为随机回归项。经AIC、BIC筛选,随机回归模型中加性遗传效应宜嵌入5阶勒让德多项式、永久环境效应宜嵌入5阶勒让德多项式、固定回归项宜嵌入2阶勒让德多项式。残差做异质化处理,分为5个水平,即每次观测设定一个残差初始值,观测间隔期残差以线性回归计算。【结果】蛋鸡资源群体1—9周龄体重遗传力为0.46—0.63,重复力为0.88—0.92,遗传相关系数为0.32—0.99,永久环境相关系数为0.34—0.99。遗传相关系数随着周龄间隔增大而减小,相邻周龄遗传相关系数较高。遗传方差、永久环境方差以及残差随年龄增加而增加。加性遗传效应随机回归系数矩阵前三个特征值依次为1 976.91、161.95、42.22,前三个特征值合计解释99%遗传变异。【结论】随机回归模型可用于蛋鸡早期体重遗传评估及选育。对加性遗传系数矩阵第二特征方程系数进行选择可以改变个体生长曲线,选择时机宜在3—6周龄。蛋鸡资源群体早期体重遗传力略高于其它群体同类研究结果。     

基于RNA-Seq的拟南芥不定芽再生过程的基因表达谱分析

[目的]本研究旨在分析拟南芥愈伤组织形成和不定芽再生2个阶段基因的差异表达情况,探究不定芽再生背后的相关基因调控机制。[方法]采用拟南芥不定芽再生两步培养法培养根外植体,利用RNA-Seq高通量测序技术分别对愈伤组织诱导培养基(CIM)培养0 d根外植体(C0)、CIM培养4 d根外植体(C4)、芽诱导培养基(SIM)培养3 d根外植体(S3)进行基因测序,利用软件分析基因表达情况。[结果]将C4的基因表达量和C0进行比对,共检测到4 332个差异表达基因,其中1 399个基因表达上调,2 933个基因表达下调;在不定芽再生阶段(S3与C4的基因表达量进行比对)检测到2 910个差异表达的基因,其中2 231个基因表达上调,679个基因表达下调。对差异表达基因进行转录物功能注释分析发现:明显富集的功能分类多与激素合成、代谢等生物过程有关。在愈伤组织形成阶段一些与细胞分裂素分解代谢相关的CKX基因和与生长素活性相关的GH3家族基因表达量明显增加,而与细胞分裂素合成相关的多个基因表达量却明显降低。在不定芽再生阶段与细胞分裂素合成相关基因表达量明显增加,CKX家族部分成员表达量则明显降低。同时,还发现多个转录因子基因表达量在不同阶段发生显著变化,比如AP2/EREBP家族的部分成员。[结论]对拟南芥不定芽再生过程基因表达谱进行检测和对比分析,获得了大量基因表达谱分析数据,为揭示不定芽再生过程的基因调控机制提供了有效的数据和理论依据。     

智能化海量空间信息分析与地图制图软件包IMAT设计及构建

【目的】在农业与环境研究领域,受研究条件和手段限制,多数研究实际上只能集中于点过程、局部地区或某一时段问题,只能关注某些特定主题相关现象和机制。由此产生大量分散数据。通过坐标关联可以对原先在各自独立研究中获取的不同类型数据与证据进行关联,这种连接可能赋予原先所认知的过程以新的涵义。海量空间数据分析方法能够从多渠道、多角度获得对事物的认知,并能够利用新的数据与证据不断修订假设。大数据分析的主要难点是海量空间信息不仅体量大,还要根据数据异质类型进行差异化抽提、整合和表达,难以采用现有主流软件工具,针对这一问题,本研究旨在创建一个能够以自动化和人机交互方式对异源、异质海量空间信息进行抽提、整合与大尺度、大比例尺专题图表达的专用工具--智能制图工具（IMAT）。【方法】采用海量空间信息分析方法中的流程设计与软件设计原则构建IMAT。总设计由系统体系架构设计、系统数据支撑平台设计、模块与组件模型设计3部分组成。程序采用C#为编程语言,以NET Framework 4 Extended为软件开发环境,同时调用制图软件包ArcGIS、数据库软件包Access与界面制作软件包DotNet Bar控件。【结果】IMAT含38个独立功能模块,覆盖了对农业与环境领域产生的海量空间信息进行抽提与制图表达所需主要功能,各模块既可独立进行某项特定数据分析与处理,例如,海量信息调用、存贮、空间要素统计、分类码审核、赋码、要素筛选、数据整合、制图表达等,也可通过多模块组合,完成一项比较复杂的数据抽提与表达任务,弥补了国内外主流数据库软件包与专业制图软件包与在处理海量空间信息方面的功能缺失。IMAT数据分析对象为海量空间数据库。在进行数据分析时,IMAT能够根据研究目标设定对各异源、异质、异构库进行信息抽提的规则,并以自动化、批量化方式完成海量空间信息的逻辑结构与存储结构整合;在进行制图表达时,IMAT能在全图设定分幅图差异化要素抽提规则,并以智能化、自动化、人机交互方式完成由多图幅组成的大比例尺专题图全图的视图表达。【结论】在对农业与环境主题相关海量空间信息进行分析时,IMAT既适用于土壤类型、土壤质地等以多等级分类系统表示的专题要素,也适用于土壤养分含量、土壤污染物含量、面源污染排放指数等以量化分级指标表达的专题要素;既可用于对多专题要素与图层的综合性信息抽提与复合性制图表达,还能用于进行不同比例尺、不同分幅类型的可视化地图制图。IMAT设计中采用组建化模块与模型设计构筑系统体系架构,提高了设计与研制效率;利用函数化的海量空间数据集四元表达式作为IMAT系统中各空间数据库接口文件,使得IMAT各模块均能够接受和处理处于数据整合与表达进程不同阶段的异质、异构海量空间信息,从而实现了各功能模块的可装配性,分析人员能根据数据抽提、整合和表达目标选择并灵活组合适宜的功能模块。     

中红外光谱法评价苹果浓缩汁质量评价研究

为建立中红外光谱快速评价苹果浓缩汁质量的检测体系,采集47个批次苹果浓缩汁的中红外ATR吸收光谱.从中选取15个经化验合格的批次样品作为标准,以其对应的红外光谱为标准数据集.建立相似度计算模型,并将其用于计算剩余32个批次样品的相似度.通过设置合理的相似度阈值,根据样品的相似度值来评价该样品的合格与否.该方法的评价结果与常规化验结果高度一致,准确率96.8％.红外光谱法评价苹果浓缩汁不仅结果准确,且具有操作简单、快速,检测成本低等优点.     

不同分级标准下土壤养分图的整合模型构建

【目的】针对我国土壤普查成果中不同省份或地区、甚至相同省份不同县市之间的土壤养分图分级指标不一致导致的全国土壤养分图整合困难的问题,提出不同分级标准下土壤养分图的整合模型,实现全国高精度土壤养分制图表达。【方法】分析土壤二次普查大、中比例尺多种土壤养分图在数据提取及整合时可能出现的问题,在保留原有图斑的土壤养分分级信息、属性数据、不同制图目的下视觉一致的前提下,采用组件式建模方式构建土壤养分分级体系整合模型。【结果】通过对我国第二次土壤普查成果1∶50万土壤有机质空间分布图的应用,该模型能够对分区调查的矢量化空间数据库进行提取、整合与表达,实现海量土壤养分制图中人机交互的智能表达,并通过对分级属性数据的提取,实现对不同区域土壤养分图的整合,便于重新制图并进一步生成土壤养分低值、中值、高值图。【结论】土壤养分分级体系整合模型可适用于环境、生态等其他领域的类似数据的分级整合与表达。     

拟南芥突变体表达谱相关性分析

为了研究拟南芥突变体基因表达的相关性,利用突变体基因表达谱,构建了包含263对芯片的一个数据集。通过分析任意2个突变体基因表达的相关性,发现Hsp90、Pgm、Vte1、Axr4、Sfr6和Sfr2这6个突变体的基因表达谱之间存在高的相关性,并通过文献发掘,发现突变体和不同的胁迫通过MAPK信号通路关联。     

杂种优势的分子机理研究进展

阐述了杂种优势的概念及杂种优势遗传基础的研完现状,主要从杂种优势与显性效应、超显性效应、上位性效应、基因表达调控、表观道传调控、赤霉素表达水平等方面的关系阐述杂种优势产生的可能原因,并提出了杂种优势机理研究有待解决的问题.     

土地数据整合现状研究

土地信息系统的迅速发展和广泛应用导致了土地数据的多源性的产生,为土地数据整合、综合利用以及共享带来些许不便。该研究立足于土地数据整合现状,在综合分析当前技术水平及操作平台的基础上,对空间数据与属性数据的整合、比例尺不同的数据整合、不同空间坐标系数据的整合、不同格式数据的整合现状进行研究,旨在对该过程的发展作有益的探索。     

籼稻精米重量性状的发育遗传分析

采用包括胚乳、细胞质和母体植株等不同遗传体系基因效应的数量性状发育遗传模型和统计分析方法,分析了籼稻4个发育时期的精米重量性状.结果表明三倍体胚乳和二倍体母株基因的加性效应和显性效应以及细胞质效应可以明显影响各个稻米发育时期的精米重量,但主要为二倍体母株的核基因效应,其次为三倍体胚乳核基因效应.基因加性效应在稻米4个发育时期的精米重量表现中起着主要作用,选择可以取得良好的改良效果.条件方差分量分析结果表明,胚乳、细胞质和母体植株中控制精米重量性状表现的基因在多数稻米发育时期均有新的表达,且以稻米发育前期为主,其中开花后第8～14日是控制精米重量性状表现的基因表达最为活跃的时期,各遗传体系在接近稻米成熟时(开花后第22～28日)的新基因表达量尤其是基因的加性效应会明显下降,一些基因效应尤其是净细胞质效应存在着个别发育时期间断表达的现象.稻米不同发育时期的条件和非条件遗传效应预测值表明,作5等亲本可以明显提高后代的精米重量.     

一种基因芯片图像滤波混合法

对基因芯片的表达数据进行分析，有助于获得基因的表达谱与功能之间的关联信息，而基因芯片图像的滤波方法，对于获得高质量的基因表达数据具有重要的意义。本文采用小波和中值滤波混合法对基因芯片图像去噪，采用的小波硬门限阈值量化法去噪预先处理了基因芯片图像的部分高频噪声，避免了图像有用信号湮灭；而中值滤波法弥补了小波分析中的噪声指数较高的局限性。与传统的基因芯片图像滤波方法进行对比实验，结果表明，该方法能够在有效去除基因芯片图像噪声的同时，很好地保持图像的边缘和细节信息。     

城市生活污水对斑马鱼肝脏组织结构和NF-κB基因表达的影响

为评价生活污水的直接排放对水体中的鱼类的毒性效应,将斑马鱼暴露在25%、50%、100%浓度的污水中,在实验持续到第4天、7天和14天后分别采集各实验组和对照组鱼的肝脏,制作肝脏组织切片,观察肝组织结构的变化。结果发现:随着污水浓度的增大和时间的延长,肝细胞病变程度加深,肝窦隙扩张,细胞核肿大甚至裂解消失,胞质疏松,空泡明显增加。利用RT-PCR分析NF-κB基因表达变化发现斑马鱼经25%、50%、100%浓度生活污水处理不同时间后,表达水平均明显上调。研究表明生活污水的直接排放将对水体中的鱼类的肝脏产生毒性效应并可能出现NF-κB的激活,促进炎症反应的发生。     

猕猴桃实时荧光定量PCR分析中内参基因的筛选

为筛选在猕猴桃中稳定表达的内参基因,以确保其基因表达分析结果的可靠性。应用实时荧光定量PCR技术分析了ACTB,TUB,18S rRNA和GAPDH四个常用植物内参基因在华特猕猴桃不同组织及果实不同发育时期的mRNA表达情况。经Ge Norm软件分析发现,4种内参基因的表达稳定性各异,TUB和ACTB在6种不同组织中表达均稳定,TUB和ACTB组合适合作华特猕猴桃不同组织基因表达的内参基因;18S rRNA在果实不同发育时期的表达最稳定,18S rRNA和TUB组合最适合作为分析华特猕猴桃果实不同发育时期基因表达的内参基因。     

42日龄如皋黄鸡体重间接遗传效应分析

【目的】动物个体遗传物质除了调控自身表型之外,还通过资源分配或行为互动影响同伴性能表现,称之为间接遗传效应。畜禽选育时,遗传模型如果包含了间接遗传效应,不仅有利于改善个体间社会关系,还可以获得更多的遗传进展。研究以饲养于群体笼内如皋黄鸡为试材,以间接遗传模型评估体重数据,旨在为如皋黄鸡选育提供支持。【方法】体重数据采集自如皋黄鸡选育群体,试验鸡于42日龄称重,收集原始数据11 983条。数据清洗包括去除超出三倍标准差的离群值、去除翅号遗失个体、去除性别不明个体以及去除单笼养殖量少于4只的记录。系谱数据包含12 208只鸡：11 735只鸡有体重记录,473只鸡没有体重记录;10 560只鸡没有后代,1 648只鸡有后代,其中种公鸡208只,种母鸡1 440只。以SPSS软件中的单因素方差分析检验环境因素对体重的影响,确定列入固定效应的因子。应用经典动物模型、间接遗传模型分析如皋黄鸡早期体重方差组分及遗传参数,并检验间接遗传方差是否存在稀释效应。遗传模型中包括一般固定效应、固定回归项、加性遗传效应、间接遗传效应、共同环境效应以及残差。研究中,以单笼养殖量作为固定回归项,将加性遗传效应、间接遗传效应、共同环境效应列为随机项。稀释参数起始值设定为0,依次以0.1幅度递增至1.0,经AIC、BIC筛选,稀释参数宜设定为0。由于残差异质化处理没有改变遗传参数和方差组分,因此残差做同质化处理。以WOMBAT软件分析方差组分及遗传参数,计算结果达到收敛标准。【结果】影响如皋黄鸡体重的固定效应包括批次、层级、性别;42日龄如皋黄鸡体重受间接遗传效应影响,加性遗传力为0.54±0.02,总遗传力为0.66±0.06;同笼如皋黄鸡个体间以互助关系为主,加性遗传与间接遗传选择方向一致,遗传相关系数为0.41;育成期如皋黄鸡间接遗传方差不存在稀释效应;如皋黄鸡公鸡与母鸡间接遗传效应表现不同,遗传力、遗传相关系数也存在明显差异。【结论】间接遗传模型可用于蛋鸡早期体重遗传评估及选育。相比于传统动物模型,间接遗传模型可以额外获得遗传进展。     

转录因子ABP9基因过表达对植物生长发育的影响分析

【研究目的】为分析玉米ABA/逆境响应转录因子ABP9基因过量表达对植物生长发育的影响以利用该基因开展抗逆分子育种。【方法】本研究构建了35S启动子驱动ABP9组成型表达的植物表达载体,获得了过表达ABP9基因的拟南芥转基因株系,并在正常生长条件下,比较了转基因植株和野生型在种子萌发、营养生长和生殖生长阶段的形态和生理变化,分析了可能的分子机制。【结果】结果表明,正常生长条件下,转基因植株与野生型相比表现出萌发,幼苗生长以及开花阶段的生长抑制;气孔开度减小,叶片内源ABA含量降低;ABA信号传导基因表达增强,而ABA合成基因表达降低;而且这些效应在ABP9基因表达相对较强的转基因株系中表现更明显。【结论】说明ABP9基因过量在正常生长条件下即诱导转基因植株产生耐逆反应,抑制植株的生长发育。因此,在利用ABP9基因进行转基因抗逆育种时须考虑控制ABP9基因适时适量表达。     

水体中甲基炔诺酮对斑马鱼早期胚胎发育的毒性作用

为了评估不同浓度下甲基炔诺酮(norgestrel,NGT)对斑马鱼胚胎发育的毒性作用,将斑马鱼胚胎暴露在0～50 ng/L的NGT下,对不同浓度NGT暴露下斑马鱼胚胎的基因表达情况进行比较分析,寻找不同浓度NGT影响下产生表达差异的基因,并通过差异基因富集分析对这些差异表达的基因进行功能注释,找到这些差异基因的功能和...     

转基因家畜的新品系培育

分析了利用现有的转基因技术所获得的G0代转基因家畜外源基因的整合和表达状况:在随机整合的情况下,存在大量嵌合体现象,不同的整合位点其表达效应不同;应用基因打靶技术实现定位整合,情况相对简单。在此基础上,提出不同整合类型对G0代转基因家畜进行遴选的方法和程序,以及建立转基因家畜纯合体的两条技术路线:一是利用遴选出的具有遗传稳定性的G0代个体,通过常规繁育获得;二是利用基因打靶技术,获得双等位基因整合(或敲除)的家畜。最后根据家畜育种的理论,提出了建立转基因新品系、进而形成新品种的步骤。